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1、工科化学工科化学主讲：江 棂6668485（O）；6668247(H)；13004000447； 助课：朱晨皓 6632049(宿舍)；13855488481；zhuchenhao2003Y8/2/20241前言前言学习特点及注意事项学习特点及注意事项快，不可能在课堂上掌握全部知识。注意基本要求中“掌握”、“理解”与“了解”的区别注重自学注意获取知识能力的培养，掌握获取知识的方法比获取知识更重要，但必要的知识积累也必不可少记好笔记，配合多媒体教学尽可能掌握重要词汇相应的英语关于答疑8/2/20242关于本教材关于本教材项目来源教育部“新世纪高等教育教学改革工程”本科教学改革项目“非化学、化工类
2、专业化学基本教学内容的实践与完善” 中心思想将原分别开设的无机化学、分析化学、有机化学和物理化学等整合为一门课程，以适应工科院校相关专业课程体系和教学内容改革的需要内容框架基础理论、单质与化合物、拓展三部分22章8/2/20243学时安排学时安排章数学时数章数学时数章数学时数1(含序言) 49201714可减26101018231211121924412122025101362126141482227121534机动4812166可减总时数2108/2/20244参考参考书书（含（含2、3、4、5、6章）章）1 .天津大学无机化学教研室编.无机化学（上、下册，第三版）.北京：高等教育出版社2.
3、南京大学无机与分析化学（第三版）北京：高等教育出版社，1998 3.严宣申，王长富编著普通无机化学北京：北京大学出版社，1999 4.武汉大学、吉林大学等校编.无机化学（上、下册）.第三版，北京：高等教育出版社，19945.天津大学物理化学教研室编.物理化学（上、下册）.第四版，北京：高等教育出版社，20016.胡英主编.物理化学（上、中、下册）.第四版，.北京：高等教育出版社，19997.李慎安，陈维新，鲍大中编新编法定计量单位应用手册北京：机械工业出版社，19968/2/20245第二第二节节 物理量及其运算物理量及其运算一、基本概念一、基本概念（一）物理量简称量。定义为现象、物体或物质的
4、可以定性区别并定量确定的属性（二）量制各量间存在确定关系的一组量称一种量制。如工程量制，英制等。我国法定计量单位的主体是国际单位制(Systeme International dUnites,SI)。函数关系彼此独立的量称量制的基本量，由基本量的函数定义的量称导出量。SI的基本量包括长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量和发光强度七个量，称SI量制（三）量纲和单位有联系，有不同量纲基本量的量纲为其自身，以其量符号的正体大写字母表示。SI量制中七个基本量的量纲符号分别为：L，M，T，I，N，J8/2/20246导出量Q量纲以基本量的幂乘积表示。量纲符号为dim。如Q的量纲dimQLMTIN
5、J，称量纲指数。例，密度量纲dimML3。若基本量纲全部指数均为零，称量纲为1的量：相对密度，质量分数单位是计量单位的简称。表示计量单位的符号称单位符号。基本量的单位称基本单位；导出量的单位称导出单位。SI七个基本量名称、单位名称和单位符号：长度，米，m；质量，千克(公斤)，kg；时间，秒，s；电流，安培，A；热力学温度，开尔文，K；物质的量，摩尔，mol；发光强度，坎德拉，cd。SI的导出单位有N=kgms-2，J=Nm等。单位符号均为正体字母，除来源于人名的第一个字母用大写外，其余均为小写。例如m是米的符号，N是牛顿的符号。除SI单位外，我国在化学中常用的法定计量单位还有：时间：分（min
6、），小时（h），日(天)（d）；体积：升（L或l）；质量：吨（t）；能：电子伏（eV）8/2/20247（四）量值由一个数乘计量单位表示的特定量大小称量值。量值独立于单位，即可用不同单位给出同一量值设量Q的单位为Q，其数值为Q，则QQQ。Q称量的数值，其大小与Q有关二、量方程二、量方程物理量之间的定量关系式使用量方程计算时，量必须以量值(数乘单位)代入，不能只代人数值。例，压力p=101 325Pa，p是符号，Pa是单位，101 325是以Pa为单位数值为区别量本身和用特定单位表示的数值，图、表中用特定单位表示量的数值，用量与单位的比值Q/Q=Q表示。例，p/Pa=101 325或p/kPa=
7、101.325；作图时，若用具体数据作量y与x的y-x图，纵横坐标应分别为y/y和x/x，本书基本采用此种规范做法。但若仅示意表示y-x的函数关系，为简便起见，有时也只标注y及x8/2/20248三、三、对对数中的物理量数中的物理量公式中若有物理量Q的对数项lnQ，因lnQ=dlnQ+C而 lnQ中的Q实际是Q/Q的简化表示。因此，对数中的物理量应先除以其单位后，才能进行运算。为简便，有时只记作lnQ例，克拉贝龙-克劳修斯方程 dlnp/dT=vapHm/RT2对其不定积分式lnp=-vapHm/RT+C式中的lnp即为ln（p/p）四、量四、量值计值计算算方程式可分为量方程式和数值方程式，一
8、般给出的均是量方程式。计算时，先列出量方程式，再将数值和单位代入后运算8/2/20249例例，计算25、100kPa理想气体摩尔体积Vm，用量方程式运算 =2.47910-2m3mol-1用数值方程式运算，则为=2.47910-2 故 Vm= =2.47910-2m3mol-1本书多用量方程式。对复杂运算，直接给出最后单位 或 8/2/202410在图中，因函数关系均是数值关系，运算时使用数值方程。例，应用克拉贝龙-克劳修斯方程 作ln(p/p)-1/(T/T)图，由直线的斜率求摩尔蒸发焓vapHm时，即应用数值方程 斜率用符号m表示 得 vapHm=-8.314mJmol-18/2/2024
9、11第一章第一章 物质的聚集状态物质的聚集状态本章要求本章要求1 掌握理想气体的概念及理想气体状态方程式、混合理想气体的分压定律和分体积定律。2 了解实际气体p、V、T的关系。3 掌握溶液和液体混合物组成的常用表示法。4 理解饱和蒸汽压的概念，掌握拉乌尔定律和亨利定律，了解其使用范围。5 了解物质的几种聚集状态：气态、液态、固态和等离子态。8/2/202412概况概况物质的聚集状态：气、液、固、等离子、黑洞第一节第一节 理想气体理想气体一、理想气体一、理想气体定定义义理想气体（ ideal gas，IG）：分子是没有体积的质点、分子间没有任何作用力的气体说说明明IG是实际气体（real gas
10、，RG）在低压、高温下行为的简化模型。压力越低，温度越高，越接近理想气体的行为8/2/202413二、理想气体状态方程二、理想气体状态方程形式形式pVpV= = nRTnRTp p压力（压力（PaPa：N/mN/m2 2），），V V体积体积(m(m3 3) )，n n物质的量物质的量(mol)(mol)，T T热力热力学温度学温度(K(K，T T/K = 273.15+/K = 273.15+t t / / ) )，R R摩尔气体常数摩尔气体常数(8.314Jmol (8.314Jmol - -1 1KK-1-1) )物质的量n n与质量m m、摩尔质量M的关系： n n =m m/MM结合
11、密度的定义 = m m/V V 可得 =nMnM/V V=pMpM/RTRT意义反映了理想气体密度 随p p、T T变化的规律注意注意任何RG都不能严格满足IG的条件。对低压、高温RG，分子间距大，分子本身大小可不计，相互作用很弱，可认为无作用力，可近似看作理想气体。且压力越低，温度越高，近似越佳8/2/202414三、摩尔气体常数三、摩尔气体常数三、摩尔气体常数三、摩尔气体常数R R的求取的求取的求取的求取外推法外推法外推法外推法原理R R不能直接求取，用外推法：定温下，压力p较低时，pVpVm与p p成直线，测得273.15K时，直线外推至p p = 0处，所得截距(pVpVm)p0= 2
12、271.108Jmol-1即为同温度IG的pVpVm值故 R R= = 8.314Jmol-1K-1 R R的数值与气体的种类无关，称（普适）气体常数8/2/202415补充例0时氯甲烷(CH3Cl)气体的密度随压力p的变化如下表。试用作图外推法求氯甲烷的摩尔质量Mp/kpa101.32567.55050.66333.77525.331/(g.dm-3)2.30741.52631.14010.75710.5666解：气体具有理想气体行为时， MM=m m/n n=mRTmRT/pVpV=RTRT /p p，对RG，仅当压力p趋于零时，关系才成立 MM=( /p p) p0 RTRT 由所给数据
13、算出在不同压力下的 /p p值，列表如下p p/kpa101.325 67.55050.66333.775 25.331103p-1/(g dm-3 kPa-1)22.77222.595 22.50422.417 22.3688/2/202416以103 p-1/(g dm-3 kPa-1)对p/kPa作图，得一直线，外推到p=0处，所得(103 p-1)p0 的即截距为22.337，故当p=0时，p-1=22.33710-6 kgm-3 Pa-1 M= RT /p=50.5 10-3kg/mol103p-1/(gdm-3Kpa-1p/kPa8/2/202417例例4.1 一个体积为40.0d
14、m3的氧气钢瓶。在25C时，使用前压力为1.25103kPa。估算钢瓶压力降为1.00103kPa时所用去的氧气质量解：使用前钢瓶中O2物质的量 n1=p1V/RT=20.2mol 使用后钢瓶中O2物质的量 n2 =p2V/RT=16.1mol 所用的氧气质量m=(n1-n2)M=(20.2-16.1)mol32.0gmol-1=130g 答：用去的氧气质量为l30g 8/2/202418四、分压和分体积定律四、分压和分体积定律（一）分压定律（一）分压定律 (1801，道尔顿，J. Dalton)内容内容总压力等于分压力之和 p = p1+p2+pN = pi p，V p1，V p2，V 说说
15、明明分压力pi(partial pressure)混合气体中i组分在温度 T时单独占据总体积 V时具有的压力称该组分 i 在此混合气体中的分压力（注意不同教材关于分压力有不同的定义）8/2/202419分压定律是气体遵守IG定律的必然结果p=nRT/V=n1RT/V+n2RT/V+nNRT/V=niRT/V =p1+p2+pN=pi 分压定律的另一形式将pi= niRT/V与p= niRT/V二式相除，得pi /pni /ni=yii组分的摩尔分数（mole fraction） pi = yi p意义混合气体中每一组分的分压力等于总压乘以摩尔分数惯例气体混合物的摩尔分数用yi表示，液体混合物的
16、摩尔分数用xi表示8/2/202420（二）分体积定律（二）分体积定律 (1880，阿马格， E.H. Amagat) 内容内容总体积等于分体积之和 V =V1+V2+VN = Vi p,V p,V1 p,V2 说明说明分体积Vi(partial volume)温度为 T，组分 i单独具有总压力p时占据的体积称该混合物中组分i的分体积（注意不同教材关于分体积有不同的定义）8/2/202421分体积定律是气体遵守IG定律的必然结果V=nRT/p =n1RT/p+n2RT/p+nNRT/p =niRT/p = V1+V2+VN = Vi摩尔分数和体积分数yi=ni /ni =Vi/V分压定律与分体
17、积定律广泛用于混合气体的计算。注意使用分压时，必须用总体积；使用分体积时，应用总压。两定律的适用条件皆为总压不高情况8/2/202422例例1.2 将氯酸钾加热分解以制备氧气，生成的O2用排水集气法收集。在25，101.3kPa时，收集得到气体体积为500ml。已知25，pH2O=3.17kPa。计算（1）O2的物质的量；（2）干燥O2的体积。解：收集得到的气体是O2和饱和水蒸气的混合气体即： pO2 = p- pH2O = 101.3kPa-3.17kPa = 98.13kPa（1）O2的物质的量nO2= pO2V/RT= 1.9810-2mol（2）干燥O2的体积 =Vy(O2)=500m
18、l(98.13kPa/ 101.3kPa)= 484ml答： 25时，O2的物质的量为1.9810-2mol；干燥O2的体积为484ml8/2/202423例例1.3 25时，32g的氧和14g的氮盛于20L容器中，试计算：（1）这两种气体的分压；（2）混合气体的总压力；（3）这两种气体的分体积。解：根据 pi=niRT/V（1） p(O2) = =1.24105（Pa） p(N2) = 6.20104（Pa）（2）混合气体的总压力 p = p(O2)+p(N2)=1.86105（Pa）（3）根据 Vi/V=ni/n=yi O2的分体积 V(O2)=y(O2)V= 20 = 13.33（L）
19、同理可得N2的分体积 V(N2)= 6.67（L）答：略8/2/202424五、气体分子运动论五、气体分子运动论基本要点是：自学（l）气体由不停顿地作无规则运动的分子所组成。分子本身的体积与气体所占有的体积相比可以忽略2）气体分子间互相作用力很小，气体分子的运动与其他分子无关，分子可视为独立运动（3）气体分子在运动中，分子不仅相互碰撞，而且对器壁进行连续撞击产生压力。在所有彼此碰撞中，碰撞是完全弹性的，即没有能量损失（4）气体分子的平均平动能与气体的热力学温度成正比8/2/202425压力压力大量分子碰撞产生的垂直作用于单位面积上的力温度温度气体分子平均动能的度量，气体分子的平均平动能越大，系
20、统的温度越高，它们都是大量分子行为的统计平均结果，是一种统计量。因此，说一个分子的压力或温度是没有意义的体积体积气体分子自由运动的空间，即为容器的容积8/2/202426第二节第二节 实际气体实际气体（自学）1.压缩因子压缩因子（compressibility factor）表示实际气体对理想气体之间偏差的物理量Z ZpV/nRT2. 范德华方程范德华方程 (p+a/Vm2)(Vm-b)=RT (p+an2/V2)(V-nb)=nRT a、b范德华常数 意义 易液化的气体，气体分子间吸引力越大，a越大；分子越大，则b越大8/2/202427物质a/(Pam6mol-2)b103/(m3mol-
21、1)物质a/(Pam6mol-2)b103/(m3mol-1)H20.02470.0266N20.1410.0391He0.003460.0237O20.1380.0318CH40.2280.0428Ar0.1360.0322NH30.4220.0371CO20.3640.0427H2O0.5540.0305CH3OH0.9650.0670CO0.1500.0399C6H61.8230.11548/2/202428例例1.445时， 5.20dm3容器中装有3.50molNH3。实验测定其压力为1.73MPa，试计算NH3的压力，并和实验值比较。（1）用理想气体状态方程；（2）用范德华方程。（
22、自学）解：（1）用理想气体状态方程计算NH3气体的压力 p =nRT/V= 1.78106Pa = 1.78MPa误差% =(1.78-1.73)/1.73100% = 2.89%（2）用范德华方程计算气体的压力由表1.1查得NH3 的a=0.422Pam6mol-2，b = 0.037110-3 m3mol-1。 p = 1.76106（Pa）= 1.76MPa误差% = 1.73%8/2/202429作业 P141,4（讲平均摩尔质量），5,7，M=x1M1+x2M2+=xiMi8/2/202430第三节第三节 液体和溶液液体和溶液一、液体的蒸发和蒸气压一、液体的蒸发和蒸气压蒸发（evap
23、oration）液体成为气体的过程凝聚（结，condensation）气体（蒸气）成为液体的过程饱和状态蒸发和凝聚速率相等的平衡状态饱和蒸气(saturated vapor)饱和状态时的蒸气（饱和）蒸气压（饱和）蒸气压（vapor pressurevapor pressure）饱和蒸气的压力）饱和蒸气的压力影响蒸气压的因素温度，外压，物种，分散度沸点 （boiling point Tb）蒸气压等于外界压力时的温度正常沸点（normal boiling point）外界压力等于101.3kPa时的沸点8/2/202431二、溶液的一般概念二、溶液的一般概念定义物质以分子或离子的状态均匀地分布在另
24、一种物质中得到的分散系统。按标准态的规定不同分别称为溶液或液态混合物关于溶液（solution）溶液都具有均匀性；无沉淀；组分皆以分子或离子状态存在。最根本的特性：是热力学稳定系统皆为液体者，常把量少的称溶质（solute），量多的称溶剂（solvent）。酒精、汽油等作为溶剂所得溶液称非水溶液形成溶液，常有能量和体积变化，表示溶剂和溶质间有化学作用，溶液与化合物相似。但化合物有一定组成，溶液中溶质和溶剂的相对含量可变；溶液中每个成分还多少保留着原有性质，溶液又和混合物有些相似。故溶液是介于化合物和混合物之间状态8/2/202432三、溶液三、溶液(混合物混合物)浓度的表示方法浓度的表示方法l
25、.质量分数（wB）溶质质量在全部溶液的质量中所占的分数2.物质的量分数（摩尔分数）（xB）（yB）某一溶物质的物质的量与全部溶质和溶剂的物质的量之比，称为该溶质的物质的物质的量分数设n1和n2分别为溶液中溶剂和溶质的物质的量，则 溶质的物质的量分数 x12 = n2/ (n1+n2 ) 溶剂的物质的量分数 x21 = n1/ (n1+n2 )溶质和溶剂的物质的量分数之和应等于13.物质的量浓度（cB或 ）每立方分米溶液或每升溶液中所含溶质的物质的量表示的溶液浓度，用符号 c或表示。单位：moldm-38/2/2024334.质量摩尔浓度(bB)1000g或1kg溶剂中所含溶质的物质的量。单位：molkg-1在浓度很稀的水溶液中，b和c近似相等5.滴定度每毫升标准溶液相当的待测组分的质量，用T待测物/滴定剂表示。单位：g/ml。例， TFe/KMnO4=0.005682 g/ml ，TFe2O3/KMnO40.008123g/mL表示1ml的KMnO4溶液相当于0.005682g的铁和0.008123g的三氧化二铁滴定度对大批试样测定较方便已知物质量浓度，可求滴定度T。对任意一反应(自己导出) aA + bB = lL + mM设A为被滴定物，B为滴定剂，MA为被滴定物的摩尔质量。则有： TA/B=10-3cMA2004年2月19日13到此止8/2/202434
